Piezometer คืออะไร วัดอะไร?
Piezometer คือเครื่องมือวัดแรงดันน้ำในโพรงดิน ณ ระดับความลึกเจาะจง โดยติดตั้งหัววัดในหลุมเจาะแล้วซีลแยกโซนวัดออกจากชั้นน้ำอื่นด้วยเบนโทไนต์ ค่าที่อ่านได้จึงเป็นแรงดันน้ำของชั้นดินระดับนั้นจริง ๆ ไม่ปนกับน้ำจากชั้นบนหรือชั้นล่าง Piezometer เป็น 1 ใน 10 เครื่องมือวัดหลักของงานธรณีเทคนิค อ่านภาพรวมทั้งระบบได้ในบทความเครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิค (Instrumentation) คืออะไร
เหตุที่แรงดันน้ำสำคัญคือกำลังของดินไม่ได้ขึ้นกับน้ำหนักกดทับตรง ๆ แต่ขึ้นกับหน่วยแรงประสิทธิผล (Effective Stress) ซึ่งเท่ากับหน่วยแรงรวมหักด้วยแรงดันน้ำ เมื่อแรงดันน้ำสูงขึ้น หน่วยแรงประสิทธิผลลดลง กำลังต้านทานของดินก็ลดลงตาม งานขุดลึก คันดิน และลาดดินจำนวนมากวิบัติเพราะแรงดันน้ำเปลี่ยนไปจากที่ออกแบบไว้ การวัดแรงดันน้ำจริงในสนามจึงเป็นข้อมูลที่ตัดสินความปลอดภัยของงานโดยตรง
Piezometer ต่างจาก Observation Well อย่างไร?
ความต่างหลักอยู่ที่ "โซนวัด" — Observation Well มีท่อกรองเกือบตลอดความยาว น้ำจากทุกชั้นที่ท่อตัดผ่านไหลเข้ามารวมกัน ค่าที่ได้คือระดับน้ำรวมเฉลี่ย ส่วน Piezometer ซีลแยกโซนวัดให้แคบ ค่าที่ได้คือแรงดันน้ำเฉพาะระดับความลึกที่เลือก งานที่ต้องรู้ค่ารายชั้น เช่น พื้นที่ที่มีชั้นน้ำบาดาลซ้อนกันหลายชั้น หรือการติดตามแรงดันน้ำในชั้นดินเหนียวระหว่างถมดิน จึงต้องใช้ Piezometer อ่านการเปรียบเทียบแบบละเอียดพร้อมโครงสร้างภายในของบ่อสังเกตการณ์ได้ในบทความObservation Well บ่อสังเกตการณ์ระดับน้ำใต้ดิน
Standpipe Piezometer (Casagrande) ทำงานอย่างไร?
Standpipe Piezometer หรือที่เรียกกันว่าแบบ Casagrande ประกอบด้วยหัวกรองพรุน (Porous Tip) ติดปลายท่อยืน (Standpipe) ขนาดเล็ก หย่อนลงหลุมเจาะถึงระดับที่ต้องการวัด รอบหัวกรองกรุด้วยทรายกรอง เหนือขึ้นมาซีลด้วยเบนโทไนต์เพื่อปิดโซนวัด แล้วกรอกหลุมส่วนที่เหลือจนถึงปากหลุม น้ำจากชั้นดินซึมผ่านหัวกรองเข้าท่อจนระดับน้ำในท่อสมดุลกับแรงดันน้ำของชั้นนั้น
การอ่านค่าใช้ Dip Meter หย่อนลงในท่อ เมื่อหัววัดแตะผิวน้ำเครื่องจะส่งเสียง อ่านความลึกจากเทปวัดแล้วคำนวณกลับเป็นแรงดันน้ำ ข้อดีคือโครงสร้างเรียบง่าย ทนทาน ใช้งานได้นานหลายสิบปี ตรวจสอบความผิดปกติได้ง่าย ข้อจำกัดสำคัญคือในดินความซึมน้ำต่ำอย่างดินเหนียว น้ำไหลเข้าท่อช้า ค่าที่อ่านจึงตามหลังแรงดันจริง และต้องส่งคนไปอ่านทีละจุดทุกรอบ
Vibrating Wire Piezometer ทำงานอย่างไร?
Vibrating Wire Piezometer ใช้หลักการลวดสั่น — ภายในหัววัดมีเส้นลวดขึงระหว่างไดอะแฟรมกับตัวเรือน เมื่อแรงดันน้ำกดไดอะแฟรม ความตึงของลวดเปลี่ยน ความถี่ธรรมชาติของลวดก็เปลี่ยนตาม เครื่องอ่าน (Readout Unit) ส่งสัญญาณกระตุ้นให้ลวดสั่นแล้ววัดความถี่ แปลงกลับเป็นค่าแรงดันน้ำ สัญญาณความถี่ทนต่อการรบกวนในสายยาวได้ดี จึงเดินสายจากหัววัดที่ฝังลึกขึ้นมาอ่านที่ปากหลุมหรือต่อเข้า Datalogger อ่านอัตโนมัติจากระยะไกลได้
จุดแข็งที่ทำให้ Vibrating Wire เป็นตัวเลือกหลักของงานเฝ้าระวังคือความเร็วตอบสนอง — ไดอะแฟรมต้องการน้ำปริมาณน้อยมากในการขยับ จึงอ่านการเปลี่ยนแปลงแรงดันได้เกือบทันทีแม้ในดินเหนียวที่ Standpipe ต้องรอหลายวัน ก่อนติดตั้งหัววัดแต่ละตัวต้องผ่านการทดสอบรับรอง (Pre-installation Acceptance Test) ตามแนวทาง ASTM D7764-20 เพื่อยืนยันว่าหัววัดทำงานถูกต้องก่อนฝังลงดิน เพราะเมื่อฝังแล้วไม่สามารถนำขึ้นมาตรวจซ่อมได้อีก
ระดับที่ฝังหัววัดไม่ได้เลือกจากความลึกกลม ๆ แต่เลือกจากชั้นดินที่ต้องการรู้แรงดัน แบบด้านล่างวางผังชั้นดินจากหลุมเจาะไว้คู่กับแบบติดตั้ง จะเห็นว่าหัววัดถูกวางในชั้นทรายปนดินเหนียวด้านล่าง หุ้มด้วยทราย แล้วปิดทับด้วยลูกเบนโทไนต์ก่อนกรอกน้ำปูนเบนโทไนต์-ซีเมนต์ตลอดความยาวที่เหลือ
Standpipe กับ Vibrating Wire เลือกแบบไหนดี?
ทั้งสองแบบวัดแรงดันน้ำเหมือนกันแต่เหมาะกับงานคนละลักษณะ ตารางด้านล่างสรุปความต่างหลักที่ใช้ตัดสินใจจริง
← เลื่อนดูตารางทั้งหมด →
| หัวข้อ | Standpipe (Casagrande) | Vibrating Wire |
|---|---|---|
| หลักการวัด | ระดับน้ำในท่อสมดุลกับแรงดันน้ำ อ่านด้วย Dip Meter | เซนเซอร์ลวดสั่น แปลงความถี่เป็นแรงดัน |
| ความเร็วตอบสนอง | ช้าในดินเหนียว ต้องรอน้ำไหลเข้าท่อ | เกือบทันที แม้ในดินความซึมน้ำต่ำ |
| การอ่านค่า | ส่งคนอ่านทีละจุดทุกรอบ | ต่อ Datalogger อ่านอัตโนมัติ แจ้งเตือนระยะไกลได้ |
| ความทนทาน | สูงมาก ไม่มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในดิน | ขึ้นกับอายุเซนเซอร์ ฝังแล้วตรวจซ่อมไม่ได้ |
| ค่าใช้จ่าย | ต่ำกว่า | สูงกว่า ทั้งหัววัดและระบบอ่าน |
| เหมาะกับ | ติดตามระยะยาว จุดที่เข้าถึงง่าย งบจำกัด | งานเฝ้าระวังที่ค่าเปลี่ยนเร็ว ดินเหนียว จุดเข้าถึงยาก |
หลายโครงการใช้ผสมกัน — Vibrating Wire ในโซนวิกฤตที่ต้องการค่าเร็วและถี่ ส่วน Standpipe กระจายเป็นจุดติดตามระยะยาวที่ทนทานและตรวจทานง่าย
Piezometer ใช้กับงานอะไรบ้าง?
งานขุดลึก — ติดตามแรงดันน้ำหลังกำแพงกันดินและใต้ก้นบ่อขุด ทั้งเพื่อยืนยันผลการลดระดับน้ำ (Dewatering) และเฝ้าระวังแรงดันน้ำใต้ชั้นดินเหนียวก้นบ่อที่อาจดันพื้นบ่อวิบัติ โดยทั่วไปติดตั้งคู่กับ Inclinometer ที่วัดการเคลื่อนตัวด้านข้างของดินและกำแพง เพื่อดูพฤติกรรมดินให้ครบทั้งแรงและการเคลื่อนตัว
งานถมดินบนดินอ่อน (PVD + Preloading) — เมื่อถมดินกดทับ ดินเหนียวอ่อนจะเกิดแรงดันน้ำส่วนเกิน (Excess Pore Pressure) การอัดตัวคายน้ำจะคืบหน้าเท่าไรดูได้จากอัตราการสลายตัวของแรงดันน้ำส่วนเกินนี้ Piezometer จึงเป็นเครื่องมือหลักที่ใช้ตัดสินว่าดินอัดตัวได้ตามแผนหรือยัง อ่านหลักการปรับปรุงดินวิธีนี้ได้ในบทความPVD และ Preloading ปรับปรุงดินอ่อนอย่างไร
คันดินและเขื่อน — ติดตามแรงดันน้ำในตัวคันและฐานรากตลอดอายุใช้งาน แนวการไหลซึมที่ผิดปกติมักแสดงตัวเป็นแรงดันน้ำที่สูงผิดตำแหน่งก่อนที่ความเสียหายจะมองเห็นที่ผิว งานลาดดิน — ระดับน้ำที่สูงขึ้นช่วงฝนตกหนักคือตัวการหลักที่ทำให้ลาดดินวิบัติ การวัดแรงดันน้ำคู่กับการเคลื่อนตัวช่วยให้เตือนภัยได้ก่อนเกิดเหตุ
Piezometer อ้างอิงมาตรฐานอะไร และค่าบริการเท่าไร?
งานเครื่องมือวัดทางธรณีเทคนิคไม่มีมาตรฐาน มยผ. เฉพาะ การทดสอบรับรองหัววัด Vibrating Wire ก่อนติดตั้งอ้างอิง ASTM D7764-20 (Standard Practice for Pre-Installation Acceptance Testing of Vibrating Wire Piezometers) ซึ่งกำหนดการทดสอบสองรายการคือ zero test และ down-hole test ส่วนวิธีติดตั้งและรอบการอ่านค่าเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะโครงการและคู่มือของผู้ผลิตหัววัด บริการของ SPN ครอบคลุมตั้งแต่เจาะติดตั้ง ทดสอบรับรองหัววัด อ่านค่าฐาน อ่านค่าตามรอบ จนถึงประมวลผลและจัดทำรายงาน โดยรายงานลงนามรับรองโดยวิศวกรโยธาที่มีใบอนุญาต (กว.) สภาวิศวกร พร้อมลายเซ็นและเลขทะเบียน ใช้ประกอบการยื่นต่อหน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้ ดูขอบเขตบริการทั้งหมดที่หน้างานติดตั้งเครื่องมือวัดและตรวจวัดพฤติกรรม
ค่าบริการขึ้นกับชนิดหัววัด ความลึกติดตั้ง จำนวนจุด และรอบการอ่านค่า จึงประเมินเป็นรายโครงการ ติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชั่วโมง ทั้งนี้ราคายังไม่รวมค่าเดินทางและค่าขนย้ายเครื่องมือ ซึ่งคิดเพิ่มตามระยะทางของหน้างาน
เนื้อหาอธิบายหลักการทำงานและการเลือกใช้ Piezometer เพื่อความเข้าใจเบื้องต้น ชนิดหัววัด ตำแหน่งและความลึกติดตั้ง รวมถึงความถี่การอ่านค่าของแต่ละโครงการ ต้องกำหนดโดยวิศวกรผู้รับผิดชอบตามเงื่อนไขเฉพาะของงานนั้น